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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 建筑节能技术综合应用讨论 清华高校超低能耗示范楼实践摘要： 清华高校建筑技术科学系建造的超低能耗示范楼是绿色建筑相关技术的集成平台,综合了多项建筑节能技术和产品,涉及到智能围护结构、自然通风、个性化空调末端装 置、湿度独立掌握的送风方式、楼宇式热电联供系统、太阳能利用、监测和掌握系统等多 相关技术,本文对示范楼的节能设计和方案作了简洁介绍；关键词： 节能,技术集成,示范Study on the integration of building energy saving technology - Introduction of low-energ
2、y consumption project in Tsinghua University Department of Building Science Architecture School Tsinghua University Beijing 100084 Abstract: Low energy consumption project was one demo building constructed by the building science department of Tsinghua University. The energy saving technology integr
3、ation used in this project included intelligent fa.ade, natural ventilation, personal ventilation air-conditioning terminal, humid dependent air supply mode, BCHP system and intelligent control system. This article introduced the building and technology scheme used in this project. Key words: energy
4、 saving, technology integration , demo building 清华高校超低能耗示范楼是北京市科委科研工程,作为 2022 年奥运会办公建筑的“ 前期示范工程” ,旨在通过其表达奥运建筑的“ 高科技 ” 、 “ 绿色 ” 、 “ 人性化 ” ；同时,超低能耗示范楼是国家“ 十五 ” 科技攻关工程“ 绿色建筑关键技术讨论” 的技术集成平 台,用于展现和试验各种低能耗、生态化、人性化的建筑形式及先进的技术产品；在此基 础上间续开展建筑技术科学领域的基础与应用性讨论,讨论和示范系列的节能、生态、智能技术在办公建筑上的应用；包括建筑物理环境掌握与设施讨论声、光、热、空气
5、质量等）,建筑材料与构造 窗、遮阳、屋顶、建筑节点、钢结构等）,建筑环境掌握系统的 讨论 高效能源系统、新的采暖、通风、空调方式及设备开发等）,建筑智能化系统研 究；超低能耗楼仍将成为展现与宣扬各种最新技术的舞台,为技术沟通、产研挂钩、学问 普及搭建桥梁；成为清华高校与企业界合作开发、展现新产品的平台,以及向社会、大众 宣扬、展现建筑节能和可连续进展建筑概念、技术和产品的展台；超低能耗示范楼座落于清华高校校内东区,建筑设计如图 1 所示,总建筑面积3000m2,地下一层,地上四层；由办公室、开放式试验室或试验台及相关帮助用房组成；1 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,
6、共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 从建筑全生命周期的观点动身,采纳了钢框架结构；建筑物内部为敏捷隔断,空调和强弱 电系统为模块化结构,从而可依据不同使用要求极其便利地转变空间布局；图 1 清华高校超低能耗示范楼成效图1 围护结构方案 超低能耗示范楼外围护结构体系主要示针对对可调控的“ 智能型 ” 外围护结构进行研 究,使其能够自动适应气候条件的变化和室内环境掌握要求的变化；从采光、保温、隔 热、通风、太阳能利用等进行综合分析,给出不同环境条件下的举荐形式；图 2 标明白示范楼外各个外立面采纳的围护结构方式；通过围护结构的节能设计,使得冬季建筑物的平均热负荷仅为 0.7
7、W/m2 ,最冷月的平均热负荷也只有 2.3 W/m2 , 围护结构的负荷指标远小于常规建筑,假如考虑室内人员灯光和设备等的发热量,基本可实现冬季零采暖能耗；夏季最热月整个围护结构的平均得热也只有 5.2 W/m2 ；2 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 2 清华高校超低能耗示范楼围护结构设计方案1.1 玻璃幕墙和保温墙体东立面和南立面采纳双层皮幕墙及玻璃幕墙加水平或垂直遮阳两种方式,综合得热系数 1W/m2K ,太阳能得热系数 0.5 ；双层皮幕墙依据室内室外的温度差别,调剂室外空气进出风口的开合,夏季
8、室外空气经过热的玻璃表面加热后升温,在幕墙夹层形成热压通 风,带走向室内传递的热量,冬季进风口出风口关闭后,可削减向室内的冷风渗透；水平 遮阳和垂直遮阳叶片宽度 600mm ,每个叶片均设置单独得自控系统,分别依据采光、视 野、能量收集、太阳能集热的不同区域功能要求进行掌握调剂,实现冬季最大限度利用太 阳能、夏季遮挡太阳辐射,同时满意室内自然采光的正确设计；西北向采纳 300mm 厚的轻质保温外墙,铝幕墙外饰面,传热系数 0.35W/m2K ；外窗 采纳双层中空玻璃,外设保温卷帘；1.2 相变蓄热活动地板【 1 】示范楼的围护结构由玻璃幕墙、轻质保温外墙组成,热容较小,低热惯性简洁导致室内温度
9、波动大,特别是在冬季,昼夜温差会超过 10；为增加建筑热惯性,以使室内热环境更加稳固,示范楼采纳了相变蓄热地板的设计方案；如图 3 所示,详细做法是将相变温度为 20 22的定形相变材料放置于常规的活动地板内作为部分填充物,由此形成的蓄热体在冬季的白天可蓄存由玻璃幕墙和窗户进入室内的太阳辐射热,晚上材料相变向室内放出蓄存的热量,这样室内温度波动将不超过 6；活动地板架空层高度 1.2 M ,空调风道、各类水管、电缆、综合布线等均隐匿在架空层内；保证室内洁净洁净,而且不需要吊顶,房间净空高度大,有效利用空间多；3 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 6 页精选学习资料
10、 - - - - - - - - - 图 3 清华高校超低能耗示范楼相变蓄热地板设计方案1.3 植被屋面和光导采光系统 为提高屋顶的隔热保温性能,同时改善生态与环境质量,采纳种植屋面技术,结合防 水及承重要求,选用喜光、耐干燥、根系潜的低矮灌木和草皮,适合于北京地区气候特 征；屋顶同时设置光导管采光系统,利用太阳光为地下室供应采光,削减白天照明电耗；2 室内环境掌握系统方案 2.1 自然通风利用【 2 】室内环境掌握系统有限考虑被动方式,用自然手段维护室内热舒服环境；依据北京地 区的气候特点,春秋两季可通过大换气量的自然通风来带走余热,保证室内较为舒服的热 环境,缩短空调系统运行时间；利用热压
11、通风和风压通风的结合,依据建筑结构形式及四周环境的特点,在楼梯间和 走廊设置通风竖井,负责不同楼层的热压通风；在建筑顶端设计玻璃烟囱,利用太阳能强 化通风；此外在建筑外立面合适部位设置开启扇,使得室外空气在风压通风的作用下可顺 畅地贯穿流过建筑；2.2 湿度独立掌握的新风处理方式【 3 】超低能耗示范楼共设置 4 台 4000m3/h 新风机组,通过溶液除湿设备的处理,可供应干燥的新风,用来排除室内的湿负荷,同时满意室内人员的新风要求；目前空调工程中采纳的除湿方法基本上是冷冻除湿,这种方法第一将空气温度降低到 露点以下,除去空气中的水分后再通过加热将空气温度回升,由此带来冷热抵消的高能 耗；此
12、外为了达到除湿要求的低露点,要求制冷设备产生较低的温度使得设备的制冷效率 低,因而也导致高能耗；溶液除湿方式能够将除湿过程从降温过程中独立出来,利用较低品位能源进行除湿,同时削减显热冷负荷,不仅能够保证室内环境质量,而且仍能降低空调能耗；此外为保证室内空气质量要求有足够的新风,随之而来的新风负荷是空调系统高能耗的缘由；示范楼的新风机组同时可实现全热回收效率超过 排风中的全热同时又保证新风不被排风污染；2.3 模块化的末端调剂设备【 4 】4 / 6 80 的高效热回收,可充分利用名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 通过
13、溶液除湿后的新风可带走室内的湿负荷,房间内的末端装置仅负责显热部分 冷 冻水温度可采纳 18）,依据干工况运行,不存在结露现象,完全防止了潮湿表面滋长霉 菌,恶化空气质量；示范楼内供应模块化的空调末端配置,依据房间实际使用功能敏捷组合；办公室室内人员密度低,人员工作时间及活动区域相对固定,个人的舒服要求不尽相 同,采纳冷辐射吊顶或者辐射墙来排除室内的基本显热负荷,溶液除湿后的新风通过置换 通风来排除室内的基本湿负荷；工位送风就供应每个办公人员个人活动区域的送风,通过 调剂风口角度、出风速度来满意自身的要求；示范楼内另一类房间为报告厅和会议室,室内人员密度高,散热散湿集中,单位面积 冷负荷大,且
14、使用时间不稳固；因此除冷辐射吊顶和置换通风外,采纳仿自然风的动态风FCU 来排除室内尖峰负荷；3 能源系统方案 3.1 BCHP 系统 超低能耗楼采纳固体燃料电池及内燃机热电联供系统,清洁燃料自然气作为能源供应, BCHP 系统总的热能利用效率可达到 85 ,其中发电效率 43 ；基本供电由内燃机或者氢燃料电池供应,尖峰电负荷由电网补充；发电后的余热冬季用于供热,夏季就当作 低温热源驱动液体除湿新风机组,用于溶液的再生； 3.2 高温冷水机组或直接利用地下水协作独立湿度掌握的新风机组,夏季冷冻水温度 18即可满意供冷的要求；采纳电制5 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页
15、,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 冷,冷冻机 COP 可达到 9 以上,高效节能；另一种方式更为简洁,就是直接利用地下水,超低能耗楼所在清华高校校内东区地表浅层水温基本稳固在 15,单口井出水量可达70m3/h ,完全能够满意示范楼的供冷要求；地下水通过板换换热后全部回灌,仅利用土壤 中蓄存的的冷量,不会造成地下水资源的流失； 3.3 太阳能利用超低能耗楼南侧立面装有 30 平 M 的光伏玻璃,发电用于驱动玻璃幕墙开启扇和遮阳百叶；屋顶设有太阳能集热器,所获得的热量用于除湿系统的溶液再生；此外屋面仍装有 太阳能高温热发电装置,该系统为抛物面碟式双轴跟踪聚焦,峰值发电
16、功率 3kW ； 4 测量和掌握系统方案 4.1 智能化的掌握系统 掌握系统自动采集室外的日照情形,依据不同的朝向方位,调剂遮阳百叶的状态,同 时依据室外气象参数,打算外窗、热压通风风道、双层皮幕墙进出风口的开闭；掌握系统 采集工作区各点的照度数据,调剂百叶的角度和人工照明的灯具；室内的新风量依据房间 内的 CO2 浓度和湿度来调剂；其余能源设备、水泵、太阳能装置等均依据负荷情形自动调 节； 4.2 实时测量系统 示范楼屋顶布置气象参数测点,测量数据包括室外温度、湿度、风速、太阳辐射强 度；围护结构的测试包括各玻璃、窗框、遮阳百叶、保温墙体的表面温度、热流；环境控 制系统和能源系统的测试包括各
17、设备的运行参数,如冷辐射吊顶表面温度、送回风温度湿 度、盘管出水温度、溶液除湿系统的溶液浓度等； 5 小结 清华高校超低能耗示范楼是建筑节能各项技术和新产品的集成应用,在实施过程中得 到了北京市政府、北京市科委、国家科技部的大力支持,同时要感谢在示范楼建设过程中供应技术和产品支持的国内外企业；建筑的深化讨论；参考文献 2004 年 6 月示范楼将全面建成,服务于今后我国绿色. 定形相变材料的热性能 张寅平 清华高校学报 自然科学版） 2003.6 . 太阳辐射下建筑外微气候的试验讨论 . 溶液空调及热湿独立掌握空调系统：李震李晓锋 太阳能学报 2001.3 刘晓华 暖通空调 2003 .6 . 室内空气流淌数值模拟的 N 点风口动量模型赵彬 . 运算力学学报 2003.01 6 / 6 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 6 页